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当我们进入数据中心的高压配电室时，我们会发现几个（通常是两个或三个）个或三个），一个是电池，一个是小开关按钮，另一个是许多报警标志（灯）。能够及时向值班人员发出报警信号，或直接向控制的断路器发出跳闸命令，终止这些事件的发展。实现这种自动化措施的成套设备一般称为继电保护装置。那么继电保护有什么作用呢？
通过对数据中心供配电系统各部分的介绍，我们在脑海中初步建立了系统的静态模型，在实际生产运行中，随着时间之间的关联关系随时间变化。继电保护和二次系统的概念是为了安全有效地管理如此庞大的电力系统。本期将介绍数据中心继电保护的基本原理、基本要求、基本任务、分类和常见继电保护。
继电保护是高压系统的重要保护。当高压设备出现故障时，综合继电保护系统必须快速、准确、可靠、有选择 切断故障，确保非故障部件继续运行，尽可能缩小停电范围。变压器的保护也在继电保护系统中。
●电力系统是由发电、输电、配电和用电组成的实时复杂的联合系统。电能不能大容量储存，生成和消耗几乎总是平衡的，所以可靠性要求很高——不能中断。
●电力系统分为一次设备和二次设备。
◎电能传输设备(高压设备)由发电机、变压器、母线、输电线路、电机、电抗器、电容器等组成。
◎二次设备：监测、测量、控制和保护一次设备运行状态的设备。
●根据不同的运行条件，电力系统可分为：
◎正常状态：电力系统可在规定的限度内长期安全稳定运行。
◎异常状态：正常运行条件损坏，但未发生故障。
◎故障状态：由于外力、绝缘老化、过电压、误操作、误操作、自然灾害等原因短路断线。
●故障元件从电力系统中自动、快速、有选择地切除，使其它非故障部件迅速恢复正常运行。
●正确响应电气设备的异常运行状态，并按要求发出报警信号，减轻负荷或延迟跳闸。
●选择性：开关靠近故障点的先动作
●速动性：尽可能短的动作时间
◎故障切除时间=保护装置的动作时间 断路器动作时间
◎保护装置的动作时间为：
最快保护微机：0.01 ~ 0.04秒，即0.5~动作需要两个周期
电磁保护：0.06 ~0.12秒，即3 ~ 6个周期动作
◎断路器的动作时间：
最快：0.02 ~ 0.06秒，即1 ~ 断开电流三个周期
一般：0.06 ~ 0.15秒， 即3~断开电流7个周期
●灵敏度：指定的灵敏系数
●可靠性：动作可靠，不动作
◎不拒动
◎不误动
注：任何电力设备不得无保护运行。
虽然继电保护的组成原理很多，但一般来说，整套继电保护装置由测量比较元件、逻辑判断元件和执行输出元件组成。
●测量部分：（测量受保护对象的工作状态）测量相关电气量。与整定值相比，给出一组是、非、大于、不大于、等于、0、1的逻辑信号，判断保护是否应启动。
●逻辑部分：（判断受保护对象的工作状态，确定保护装置是否应移动）根据测量部分输出的大小、性质、顺序或逻辑组合，确定断路器是否跳闸或发出报警信号，并将相关命令传达给执行部分。
●执行部分：根据逻辑部分的判断，将跳闸或报警信号发送到断路器的控制电路或报警信号电路。
继电保护装置需要与高压设备保持一定的隔离或耦合关系。隔离或耦合的本质是采用电磁互感原理。继电保护装置由多个继电器组成。
当线路短路时，启动电流继电器KA瞬时动作使时间继电器KT起动，KT连接信号继电器一定时限后KS和中间继电器KM，KM接触断路器QF断路器QF跳闸。
电力系统中的电压等级越高，设备容量越大，保护原理越先进，保护越复杂，继电保护装置种类越多。
●根据测量的电气量，常见的继电保护有以下四类：
◎反映电流值变化的保护。包括增加或减少各种正负电流。有定期过流保护、反时限过流保护、电流速度保护、过载保护和零序电流保护。
◎反映电压值变化的保护。包括各种正负序电压的降低或升高。有过电压保护和低电压保护。
◎反映两个或两个以上电之间相位变化的保护。包括电流和电压、电流和电流、电压和电压之间的相位变化。如方向保护、差动保护、同期检测等。
◎反映系统阻抗变化的保护。根据电工原理可知，阻抗反映的电流与电压之间的关系，例如距离保护。
●周波保护用于反映系统中频率变化。
◎特别用于反映变压器温度变化的温度保护。
●输电线路保护、主设备保护(如发电机、变压器、母线、电容器)按受保护对象分类。
●按保护功能分类：短路故障保护和异常运行保护。
◎短路故障保护分为主要保护、后备保护和辅助保护。
◎异常运行保护分为过载保护、失磁保护、低频保护、非全相保护等。
●信号分类按保护装置进行比较和操作：
◎模拟运行保护：机电型、整流型、晶体管型、集成电路型（连续模拟量直接反映输入信号）
◎数字运行保护：采用微处理机和微计算机的保护装置。
●过流保护、低压保护、过压保护、距离保护、差动保护、高频(载波)保护等。
每套保护都有预先严格规定的保护范围，只有在保护范围内出现故障，才能采取行动。为确保故障元件被切除，电力系统中的电力设备和线路应配备短路故障和异常运行的保护装置。电力设备和线路短路故障的保护应采用主保护和后备保护，必要时可增加辅助保护。
●主要保护：满足系统稳定性和设备安全要求，尽快有选择地切断受保护设备和线路故障的保护。
●后备保护:主保护或断路器拒绝时，用于故障切除保护。分为远后备保护和近后备保护。
●辅助保护：为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增加的简单保护。如零序电流保护。
为了最大限度地减少故障对电力系统的影响，应确保主保护能够快速切除任何类型的故障。一般来说，后备保护会延迟行动，直到主保护不行动。因此，主保护与后备保护之间存在动作时间和动作灵敏度的协调。
数据中心配电线路的保护要考虑在电气故障时，防止人身简接触电、电气线路损坏和电气火灾。数据中心进线电压等级大多数为10kV，而目前10kV开关柜普遍采用综合继电保护装置，均配置集继电保护、测量、显示于一体的装置。
●市电电源进线柜设定时限过电流保护、延时电流速断保护、失压保护。
●母联柜设电流速断保护(合闸后保护退出)、过流保护。
●10kV馈线柜采用速断保护、定时限过流保护、温度保护(高温报警、超高温跳闸)、接地故障告警保护等。
●变压器出出线柜设过电流保护、电流速断保护、两级温度保护(高温报警、超高温跳闸)、接地故障告警、失电自动切换功能保护。
●10kV电源母线保护及10kV柴油机电源母线保护采用母线弧光保护，保护动作时间＜20ms。
●过负荷保护、变压器高温保护动作、跳闸回路断线、保护装置故障、母线失压、PT熔断器熔断等发预告信号。
●低压保护装置：低压主进、联络断路器设过载长延时、短路短延时保护脱扣器，其他低压断路器根据电流容量设过载长延时、短路短延时、瞬时脱扣器；部分回路设分励脱扣器，可以在火灾时，切断火灾场所相关非消防设备电源。
在10kV配电系统中会发生单相接地故障、两相短路和三相短路故障。产生这些故障的主要原因是电气绝缘被破坏，如由于内部过电压、直接雷击、绝缘材料老化、绝缘配合不当、机械损坏等原因造成的。某些故障，如导线断裂和杆塔的倒塔事故、带负荷拉合隔离开关、带接地线合断路器等，也可能直接导致短路。
◎单相接地
◎两相短路
◎三相短路
●电流剧增：设备发热增加，若短路持续时间较长，可能使设备过热甚至损坏；由于短路电流的电动力效应，导体间还将产生很大机械应力，致使导体变形甚至损坏。
●电压大幅度下降，对用户影响很大。
●当短路发送地点离电源不远而持续时间又较长时，并列运行的发电机可能失去同步，破坏系统运行的稳定性，造成大面积停电，这是短路最严重的后果。
●发送不对称短路时，三相平衡电流会在相邻的通讯线路感应出电动势，影响通讯。
●瞬时电流速断（限时电流速断）：只能保护部分线路，不能保护线路全长。
●带时限过电流保护（定时限、反时限）：线路本身发生短路故障时的主保护，并作为下一级线路的后备保护。
◎定时限：保护装置动作时限与短路电流大小无关。
◎反时限：短路电流在较小的一定范围内，保护装置动作时限与短路电流大小成反比关系。
●零序接地过电流保护
电源进线、配电线路和配电变压器的保护装置。
1、10kV电源进线的保护配置
●定时限过电流保护(或反时限过电流保护)：作为母线保护和馈线回路短路故障的后备保护。为满足继电保护选择性和可靠性要求，保护采用三相式接线；
●失压保护：当10kV电源无压后，进线断路器自动跳闸；
●零序过电流保护：对于10kV中性点采用小电阻接地方式的变电站供电的用电单位，10kV进线断路器，应装设零序过电流保护,保护动作后作用于跳闸。
2、10kV配电线路的保护配置
●电流速断保护（动作时间0s）：配电线路主保护
◎采用完全星形或不完全星形接线，保护装在电源侧。
◎保护范围：只能保护线路全长的一部分。
◎在电力系统最大运行方式下，能保护线路全长的50%，具有最大保护范围。
◎在电力系统最小运行方式下，不小于被保护线路全长的20%，具有最小保护范围。
◎未保护的部分称为速断保护死区。
◎整定原则：按躲过被保护线路末端的最大短路电流来整定，即在最大运行方式下发生三相金属性短路电流。
●限时电流速断保护：为了补救过电流保护动作时间过长，或与下一级保护配合而设置。被保护线路的主保护。
◎采用完全星形或不完全星形接线，保护装在电源侧保护。
◎保护范围：能保护线路全长。
◎整定原则：按躲过下一级相邻线路的瞬时电流速断保护的动作电流来整定。
◎动作时间：和该线路电流速断保护配合。
●定时限过电流保护：线路的后备保护。
◎采用完全星形或不完全星形接线
◎保护范围：作为被保护线路主保护的后备保护，叫近后备保护；能保护线路的全长；作为下一级相邻线路或电气元件的后备保护，叫远后备保护。
◎整定原则：按躲过该线路可能出现的最大负荷电流来整定。
◎动作时间：按阶梯形时间特性原则来整定。
●反时限过电流保护：动作时间与短路电流大小成反比。
●零序电流保护：零序电流保护的动作电流与动作时间，与进线断路器的零序保护配合。
3、10kV配电变压器的保护装置
●电流速断保护：变压器的主保护。
◎采用完全星形或不完全星形接线，保护安装在电源侧。
◎保护范围：从保护安装处至变压器一次高压线圈，不能保护变压器低压侧。
◎变压器低压侧为电流速断保护死区。
◎整定原则：按躲过变压器低压侧的最大短路电流来整定。
◎动作时间：0s
●定时限过电流保护：变压器主保护的后备保护，变压器低压侧的主保护。
◎和电流速断保护共用一组电流互感器，保护安装在电源侧。
◎保护范围：变压器主保护的后备保护，叫近后备保护，能保护变压器全部；作为变压器低压侧总开关的后备保护，叫远后备保护。
◎整定原则：按躲过变压器最大负荷电流来整定，包括电动机的自启动电流。
◎动作时间：0.5s
●电流速断保护：变压器的主保护。
◎反时限过电流保护：与定时限保护作用相同，二者只用其一。
◎干式变压器温度保护。
◎零序过电流保护。
◎100℃起风机，80℃停风机，130℃超温报警，155℃超温跳闸。按厂家说明书执行。
◎干式变压器的门限保护装置。
◎干式变压器带有外壳时，高、低压侧均设两扇门，在每扇门的顶部横梁上均设置一限位开关。误开门时发出告警信号。
利用计算机系统采集和处理电力系统的运行数据，通过数值计算迅速而准确地判断电力系统的故障及故障范围，并经过严密逻辑过程后有选择性地执行跳闸和报警等命令，这种基于计算机系统的继电保护装置，就是计算机继电保护。由于计算机系统多采用微处理器，所以也称微机继电保护。微机保护装置的硬件构成可分为以下六部分：
●数据采集系统：将模拟量输入量准确地转换为所需的数字量，它由电压形成、模拟滤波、采样保持、多路转换、模数转换等功能模块组成。
●微型计算机系统：由微处理器、程序存储器、数据存储器、接口芯片及定时器等组成。
●输入输出接口电路：将各种开关量通过光电耦合电路、并行接口电路输入到微机保护，并将处理结果通过开关量输出电路驱动中间继电器以完成各种保护的出口跳闸、信号警报等功能。
●通信接口电路：微机保护的通信接口是实现变电站综合自动化的必要条件，因此，每个保护装置都带有相对标准的通信接口电路。
●人机接口电路：包括显示、键盘、各种面板开关、打印与报警等，其主要功能用于调试、整定定值与变比等。
●供电电源：通常采用逆变稳压电源，即将直流逆变为交流，再把交流整流为微机保护所需的直流工作电压。
当我们进入高压配电室时，会发现也有相对独立的直流屏柜，而且其中一个柜里放的蓄电池，该蓄电池就是操作电源，主要是向二次回路提供所需的电源。比如，配电室照明系统停电那么配电室变成一片黑，这时我们总不能拿着手电筒工作，这个电源给我解决应急照明的问题。当然，其真正作用是为继电保护设施提供备用电，以便直流屏原交流供电系统停电时也能确保通过直流屏远程控制或操作那些高压断路器的分合闸及储能等问题。目前大型数据对直流屏备用电池组也提出双热备要求，确保了远程操控的高可靠性。因此，新建数据中心时直流屏蓄电池备用措施也是我们值得关注的。
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